ES2292326A1 - Motor rotativo hipocicloide de combustion interna. - Google Patents

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    • F01C1/10—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member
    • F01C1/104—Rotary-piston machines or engines of intermeshing engagement type, i.e. with engagement of co- operating members similar to that of toothed gearing of internal-axis type with the outer member having more teeth or tooth-equivalents, e.g. rollers, than the inner member one member having simultaneously a rotational movement about its own axis and an orbital movement

Abstract

Motor rotativo hipocicloide de combustión interna que tiene: un estator (Z) que tiene una cavidad inferior (A, B, C) de forma triangular lobulada que define un perímetro interno (PI); un rotor interior (D) configurado para ser impulsado en la cavidad interior (A, B, C) por una combustión de una mezcla combustible y comburente, disponiendo dicho rotor (D) de un perímetro externo (PE) curvilíneo continuo configurado para deslizar sobre el perímetro interno (PI) durante la rotación del rotor (D) en el estator (Z); medios de conexión para conectar el rotor interior (D) con una manivela (E) de un cigüeñal de salida de potencia. El perímetro interno (PI) es curvilíneo continuo; el perímetro externo (PE) contacta permanentemente en una pluralidad de puntos con el perímetro interno (PI), para definir una porción de cavidad interior (A, B, C) siendo la porción de cavidad interior (A, B, C) de volumen variable durante la rotación del rotor (D).

Description

Motor rotativo hipocicloide de combustión interna.
Campo de la invención
La invención se encuadra en el sector técnico dedicado a motores térmicos de combustión interna, más concretamente los llamados de explosión o encendido provocado (MEP).
Antecedentes de la invención
En automoción y en otros campos, los motores térmicos más utilizados son los convencionales o de tipo alternativo de cilindros y pistones, tanto los de explosión o de encendido provocado (MEP) de gasolina, como los de encendido por combustión (MEC) o diesel, de gasóleo.
En estos motores, el movimiento alternativo rectilíneo de los pistones se transforma en movimiento circular o giratorio mediante las bielas y el cigüeñal.
Con la presente invención, en la que el rotor va acoplado directamente a un cigüeñal, se evitan los pistones y las bielas, así como los movimientos alternativos que hacen más difícil el equilibrado del motor para evitar vibraciones.
El documento DE 103 48 294 A1, muestra un motor rotativo similar al de la invención pero que presenta diferentes perfiles del estator y del rotor, así como distinta configuración para el sistema de distribución y alimentación.
Descripción de la invención
La presente invención se refiere a un motor térmico hipocicloide del tipo denominado de explosión o de encendido provocado (MEP).
Comprende un cuerpo fijo o estator de forma triangular curvilínea con tres cámaras y tapas planas, en cuyo interior se dispone un rotor acoplado a un cigüeñal, manteniéndose el rotor en contacto permanente con las tapas y con el perfil del estator para conseguir estanqueidad entre estos elementos.
El rotor, de longitud doble que su anchura y extremos circulares, va montado en el eje manivela del cigüeñal, al que transmite su movimiento orbital circular.
En la parte periférica de cada una de las cámaras hay otra pequeña cámara auxiliar denominada de combustión o de explosión, donde se incluye la bujía de encendido y que comunica también con la válvula rotativa.
Las válvulas rotativas, que realizan la doble función admisión/escape, son de tipo tubular, penetrando la mezcla de aire y combustible por uno de sus extremos cuando se efectúa el tiempo de admisión y saliendo por el otro extremo los gases quemados después de la expansión para efectuar el tiempo de escape.
El ciclo de funcionamiento del motor es de cuatro tiempos o fases: admisión, compresión, explosión-expansión y escape. El ciclo completo se realiza en una sola vuelta del rotor que corresponde a dos vueltas del cigüeñal.
En las cámaras, la presión de la expansión resultante de la explosión de la mezcla, empuja el rotor y éste hace girar el cigüeñal, transformándose así la energía calorífica en energía mecánica.
El combustible a utilizar puede ser líquido o gaseoso, variando en cada caso el sistema de alimentación por inyección del mismo para obtener las mezclas explosivas apropiadas.
Las aplicaciones de un motor de este tipo pueden ser en ámbitos diversos, como la automoción en general, generación de energía, accionamiento de equipos industriales y agrícolas.
Así, la presente invención presenta una serie de ventajas sobre el estado de la técnica:
-
El movimiento giratorio y a la vez orbital circular del rotor, es igual al de un engranaje hipocicloide dentro del estator que hace las veces de corona dentada, obteniendo como resultado favorable que las velocidades angular y orbital del rotor, se mantengan constantes para cada régimen del giro del cigüeñal.
-
El momento de inercia del cigüeñal con el rotor acoplado, no varía en cualquiera de las posiciones que adopten en el transcurso de cada revolución.
-
Con esta configuración o arquitectura del motor, y las válvulas rotativas previstas el equilibrado estático y dinámico de las piezas en movimiento es de fácil solución, consiguiendo que las vibraciones sean mínimas a cualquier régimen de giro.
-
Al efectuarse el ciclo de cuatro tiempos en cada una de las tres cámaras en una sola vuelta del rotor y dos vueltas del cigüeñal, el motor puede equipararse a uno de tipo alternativo de tres cilindros cuatro tiempos, con la consiguiente disminución de tamaño, peso y número de piezas.
-
Al disponer de válvulas de admisión y escape frente a lumbreras, el recorrido del rotor en cada tiempo del ciclo se aprovecha en su totalidad, lo que mejora el rendimiento.
-
El tipo de perfil del estator de la presente invención, hace innecesario emplear segmentos rozantes para asegurar la estanqueidad rotor-estator.
-
La relación entre el brazo del cigüeñal y cubicaje del motor es mayor en la presente invención, mejorando así el par motor.
Breve descripción de las figuras
La secuencia de figuras de la 1 a la 8, representan un ciclo completo de funcionamiento de cuatro tiempos o fases, que corresponden a una vuelta del rotor y a dos del cigüeñal.
Para saber la posición del rotor en cada figura se ha marcado uno de sus extremos con un punto. El giro del rotor entre una figura y la siguiente es de 45º y de 90º para el cigüeñal.
Para una mayor comprensión del funcionamiento, en las figuras no se han tenido en cuenta, respecto al reglaje o puesta a punto de la distribución, avances, cruces o retrasos en la apertura y cierre de las válvulas ni avance del encendido, tomando como referencia solamente los puntos muertos superior e inferior del rotor con relación a cada una de las cámaras.
Seguidamente se indican los tiempos o fases en los que se encuentra cada cámara siguiendo el orden de las figuras:
100
Descripción de una realización preferida de la invención
Para la realización de un motor prototipo se prevé construir el estator, sus tapas de cierre, el rotor y las válvulas en acero aleado, similar al que se emplea para los cilindros en los motores alternativos, mecanizando con acabados finos las superficies en contacto con el rotor y las válvulas.
Para absorber las dilataciones por calor en el rotor, se ha pensado en efectuar un corte en cada uno de sus extremos y cerrarlos con segmentos rectos para asegurar la estanqueidad con el estator; dichos cortes y segmentos no se han descrito en los dibujos por simplificar y mejorar la compresión de los mismos. El acoplamiento con el cigüeñal se ha previsto con rodamientos.
El cigüeñal, también de acero aleado apropiado para este tipo de piezas, hay que construirlo al menos en dos mitades para poder montar el rotor. De un extremo del cigüeñal se tomará la fuerza motriz producida por el motor y el otro extremo moverá mediante poleas y correa dentadas las válvulas rotativas, así como los elementos auxiliares necesarios para adaptar los sistemas de inyección de combustible y de encendido que se elijan en el mercado.
El engrase puede efectuarse mediante bomba de circulación de aceite con cárter.
Así una realización de la invención se refiere a un motor rotativo hipocicloide de combustión interna que tiene:
un estator (Z) que tiene una cavidad inferior (A, B, C) de forma triangular lobulada que define un perímetro interno (PI);
un rotor interior (D) configurado para ser impulsado en la cavidad interior (A, B, C) por una combustión de una mezcla combustible y comburente, disponiendo dicho rotor (D) de:
un perímetro externo (PE) curvilíneo continuo configurado para deslizar sobre el perímetro interno (PI) durante la rotación del rotor (D) en el estator (Z);
medios de conexión para conectar el rotor interior (D) con una manivela (E) de un cigüeñal de salida de potencia;
caracterizado porque:
el perímetro interno (PI) es curvilíneo continuo;
el perímetro externo (PE) contacta permanentemente en una pluralidad de puntos con el perímetro interno (PI), para definir una porción de cavidad interior (A, B, C) siendo la porción de cavidad interior (A, B, C) de volumen variable durante la rotación del rotor (D).
\vskip1.000000\baselineskip
El motor de la invención además comprende una cámara de combustión (a, b, c):
en comunicación con cada lóbulo de la cavidad interior (A, B, C) a través del perímetro interno (PI);
que tiene:
medios de admisión (Va, Vb, Vc) para admitir un reactivo seleccionado entre:
un comburente; y
un combustible y un comburente;
medios de escape (Va, Vb, Vc) para expulsar gases de escape producidos en una combustión de la mezcla.
\vskip1.000000\baselineskip
La cámara de combustión (a, b, c) está ubicada en un vértice de la forma triangular lobulada.
Los medios de escape están constituidos por una válvula circular rotativa (Va, Vb, Vc) que tiene:
un segmento circular de admisión (SA) que tiene un arco de admisión (AA) para permitir una entrada de reactivo desde un colector de admisión a la cámara de combustión (a, b, c); y
un segmento circular de escape (SE) que tiene un arco de escape (AE) para permitir una salida de gases de escape desde la cámara de combustión (a, b, c) a un colector de escape;
donde:
el segmento circular de admisión (SA) y el segmento circular de escape (SE) están separados por un tabique (Vt);
el segmento circular de admisión (AA) es mayor que el segmento circular de escape (AE).
\vskip1.000000\baselineskip
El motor además comprende:
un inyector (Y) en cada cámara de combustión (a, b, c) para inyectar un combustible a presión en cada cámara de combustión (a, b, c).
una bujía de encendido (F) en cada cámara de combustión (a, b, c) para provocar la combustión de la mezcla.
El estator además comprende una pluralidad de conductos de refrigeración (G) para circulación de un fluido refrigerante situados entre una pared interior (1W) que contornea al perímetro interno (PI) y una pared exterior (OW) que define el contorno externo del motor.
\vskip1.000000\baselineskip
El motor también comprende:
dos tapas de cierre planas en un primer plano y en un segundo plano perpendiculares a la manivela (E) del cigüeñal.

Claims (8)

1. Motor rotativo hipocicloide de combustión interna que tiene:
un estator (Z) que tiene una cavidad inferior (A, B, C) de forma triangular lobulada que define un perímetro interno (PI);
un rotor interior (D) configurado para ser impulsado en la cavidad interior (A, B, C) por una combustión de una mezcla combustible y comburente, disponiendo dicho rotor (D) de:
un perímetro externo (PE) curvilíneo continuo configurado para deslizar sobre el perímetro interno (PI) durante la rotación del rotor (D) en el estator (Z);
medios de conexión para conectar el rotor interior (D) con una manivela (E) de un cigüeñal de salida de potencia;
caracterizado porque:
el perímetro interno (PI) es curvilíneo continuo;
el perímetro externo (PE) contacta permanentemente en una pluralidad de puntos con el perímetro interno (PI), para definir una porción de cavidad interior (A, B, C) siendo la porción de cavidad interior (A, B, C) de volumen variable durante la rotación del rotor (D).
2. El motor de la reivindicación 1 caracterizado porque además comprende una cámara de combustión (a, b, c):
en comunicación con cada lóbulo de la cavidad interior (A, B, C) a través del perímetro interno (PI);
que tiene:
medios de admisión (Va, Vb, Vc) para admitir un reactivo seleccionado entre:
un comburente; y
un combustible y un comburente;
medios de escape (Va, Vb, Vc) para expulsar gases de escape producidos en una combustión de la mezcla.
3. El motor de la reivindicación 2 caracterizado porque la cámara de combustión (a, b, c) está ubicada en un vértice de la forma triangular lobulada.
4. El motor de cualquiera de las reivindicaciones 2-3 caracterizado porque los medios de escape están constituidos por una válvula circular rotativa (Va, Vb, Vc) que tiene:
un segmento circular de admisión (SA) que tiene un arco de admisión (AA) para permitir una entrada de reactivo desde un colector de admisión a la cámara de combustión (a, b, c); y
un segmento circular de escape (SE) que tiene un arco de escape (AE) para permitir una salida de gases de escape desde la cámara de combustión (a, b, c) a un colector de escape;
donde:
el segmento circular de admisión (SA) y el segmento circular de escape (SE) están separados por un tabique (Vt);
el segmento circular de admisión (AA) es mayor que el segmento circular de escape (AE).
5. El motor de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque además comprende:
un inyector (Y) en cada cámara de combustión (a, b, c) para inyectar un combustible a presión en cada cámara de combustión (a, b, c).
6. El motor de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque además comprende:
una bujía de encendido (F) en cada cámara de combustión (a, b, c) para provocar la combustión de la mezcla.
7. El motor de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque además comprende una pluralidad de conductos de refrigeración (G) para circulación de un fluido refrigerante situados entre una pared interior (IW) que contornea al perímetro interno (PI) y una pared exterior (OW) que define el contorno externo del motor.
8. El motor de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 caracterizado porque además comprende:
dos tapas de cierre planas en un primer plano y en un segundo plano perpendiculares a la manivela (E) del cigüeñal.
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